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镁合金方面的英语论文及其汉语翻译
镁合金成形技术研究进展
熊守美1 , 苏仕方2
(11 清华 - 东洋镁铝合金成形技术研究开发中心 , 清华大学机械工程系 100084 ; 21 中国机械工程学会铸造分会 ,
辽宁沈阳 110022)
摘要: 镁合金材料及其成形技术的研究和开发对于扩大镁合金在我国的应用具有十分重要的意义。根据第四届中国
国际压铸会议论文资料, 综述了国内外镁合金材料及其成形技术的的国内外发展趋势, 包括材料、成形技术及数值模
拟等, 展望了镁合金的开发与应用前景。
关键词: 镁合金; 材料; 成形技术; 数值模拟
中图分类号: TG24912 ; TG14612 2 文献标识码: A 文章编号: 100124977 (2005) 0120020204
+
Research Progress on Processing Technology
of Magnesium Alloys
XIONG Shou2Mei1 , SU Shi2Fang2
(11Tsinghua2TOYO R D Center of Magnesium and Aluminum Alloys Processing Technology , Department
of Mechanical Engineering , Tsinghua University , Beijing 100084 , China ; 21Foundry Institution of Chinese
Mechanical Engineering Society , Shenyang 110022 , Liaoning , China)
Abstract : Research and development of magnesium alloys and their processing technology are of great
importance in promoting domestic applications of magnesium alloys in China. Based on the conference
papers of the 4th China International Die casting Congress Exhibition , this paper reviewed the trend of
research and development of magnesium alloys and their processing technology at home and abroad , in2
cluding materials development , processing technology , and numerical simulation technology , etc. At the
same time , the prospect for magnesium applications was also discussed.
Keywords : magnesium alloy ; materials ; processing technology ; numerical simulation
镁合金正被广泛用于汽车、航空、电子以及消费
原因 , 使它难以作为关键零部件 (如发动机零件) 材
品工业中的各种结构件。尽管这些应用的增长主要受
料在汽车等工业中得到更广泛的应用。同时镁合金密
重量减轻的驱动 , 但是 , 镁合金的其它优点也起着重
排六方的晶体结构决定了其塑性变形能力较差 , 如何
要的作用。其一 , 是它们对压铸工艺的独特适应性 ,
解决这一问题是镁合金应用的关键之一。针对上述问
可以高速生产近终形零件; 其二 , 优良的模具寿命所
题 , 研究人员取得了以下进展。
节约的生产成本 , 可以弥补其原材料价格比铝合金稍
111 压铸镁合金材料开发
贵的不足 , 增强与压铸铝合金的竞争力; 此外 , 极好
针对商用压铸镁合金抗高温蠕变性能较差的现状 , 以
的可加工性能和减振性能也是镁合金具有的重要性
AZ 91 合金为基准合金 , 一汽铸造研究所的研究人
能。中国现在是世界上最大的镁生产及出口国 , 但镁
员〔1〕进行了抗高温蠕变压铸镁合金的开发。论文讨
合金在中国工业 , 尤其是汽车工业中的应用仍很有
论了稀土元素 Ce , Y, Nd 以及 Ca 和 Si 的添加对压
限。因此 , 深入开展镁合金及其成形技术的研究开
铸镁合金在常温拉伸性能以及 150 ℃条件下的蠕变行
发 , 对于扩大镁合金在中国工业中的应用具有十分重
为 , 显微组织的影响 , 以及对表面处理和腐蚀试验的
要的意义。
影响 , 并进行了实际产品的生产。
在第四届中国国际压铸会议的 50 余篇学术论文
该文综合考虑合金的化学成分、合金元素的固溶
中 , 涉及镁合金及其成形技术的相关论文、学术报告
度、各种金属间化合物 , 在保持 AZ 91 合金基本成分
有 10 余篇 , 本文将从镁合金材料、成形工艺 , 镁合
不变的条件下 , 设计了四组试验合金进行考查。采用
金熔体保护及镁合金成形过程数值模拟等方面总结会
挤压的方法试制了 30 种成分合金试棒 , 对试棒的常
议论文所涉及的相关领域的研究进展。
温力学性能和腐蚀行为进行了测试 , 并初步考查了铸
造性能和蠕变抗力。通过试验 , 开发的新合金性能接
1 镁合金材料研究
近德国大众公司开发的 MRI2153 合金 , 合金工艺性能
耐热性及疲劳性能是阻碍镁合金广泛应用的主要
与 AZ 91 合金相当 , 可以采用与 AZ 91 合金相同的生
收稿日期: 2004211220 收到初稿 , 2004211229 收到修订稿。
作者简介: 熊守美 (1966 - ) , 男 , 湖北麻城人 , 博士 , 博士生导师 , 主要从事压铸工艺和技术方面的研究。E2mail: smxiong @tsinghua1edu1cn
铸造
熊守美等: 镁合金成形技术研究进展
·21 ·
产工艺。在采用沈阳应用化学研究所低成本的电解镁
造四大方面为主。其中压铸仍为最主要的成型工艺 ,
- 稀土中间合金情况下 , 有效地控制了成本。在蠕变
我国镁合金压铸件产量由 1995 年的 1 562 t 提高到
试验中发现 , Mg2Al2Re2Zn 体系中的强化相 Al11Ce3 在
2002 年的 4 950 t , 7 年里产量增长了 2 倍多 , 平均
少量 Ca 存在下稳定性可以进一步提高。Nd 和 Y的添
年增长率达 18 %。利用镁合金压铸件代替传统铸铁、
加不会使 AZ 91 合金的晶粒度改变 , 但可以产生固溶
铸钢件 , 甚至代替铝压铸件 , 正成为制造业特别是汽
强化 , 具有极佳的蠕变性能。
车制造业的发展趋势〔4〕。
112 压铸镁合金的低周疲劳行为研究
211 镁合金压铸
沈阳工业大学的研究人员〔2〕通过试验发现: 压
目前 , 镁合金压铸工艺的研究热点主要集中在两
铸态 AZ 91 疲劳寿命最低; 在高应变幅条件下 , 压铸
大方面: 镁合金压铸零件的开发设计和镁合金压铸工
态 AM50 + Nd 疲劳寿命高于镁合金 AZ 91 , 在较低
艺的完善创新。随着模具设计水平和压铸零件性能的
应变幅条件下 , 压铸态 AM50 + Nd 的寿命要低于经
提高 , 镁合金压铸件的应用领域已经从传统的笔记本
过固溶处理的 AZ 91 的疲劳寿命; 经过固溶处理的
电脑外壳、手机外壳等表面覆盖件发展到了发动机支
AZ 91 镁合金的过渡疲劳寿命明显高于压铸态 , 压铸
架、轮毂、框架件等受力部件以及安全部件。
态 AM50 + Nd 镁合金的过渡寿命要高于压铸态 AZ
相应地 , 为了满足不断提升的零件性能要求 , 随
91。经过固溶处理以后 AZ 91 中的β相消失 , 使材料
着材料科学和其他科学技术的进步 , 在传统压铸工艺
的延展性增加 , 循环硬化程度有所降低。
的基础上衍生出了真空压铸、充氧压铸、超低速压铸
113 镁合金的铸态组织研究
等诸多分支技术。其中真空压铸以其极低的铸件含气
镁铝合金在未经变质处理时 , 铸态下晶粒尺寸可
量、较好的设备兼容性和优异的铸件性能等优点得到
达 3 ×10 ～5 ×10 m , 组织很粗大。合金的组织决
24
24
了高度重视和大力发展。众所周知 , 压铸件的气孔问
定性能 , 性能决定合金的应用 , 以往镁合金的组织控
题是限制其性能提高的主要瓶颈。真空压铸在传统压
制主要是为了提高其塑性变形能力。因为镁合金为密
铸工艺周期上耦合真空系统抽除型腔气体 , 是一种减
排六方 , 这就决定了其塑性变形能力较差。而实践证
少压铸件气孔 , 去除铸模内气体和润滑剂蒸汽的有效
明 , 细小等轴晶可以改善镁合金的塑性变形能力。而
方法。目前研究的热点是如何在型腔内得到更高的真
半固态触变成形也要求初始的铸态组织应为细小的等
空度 , 及相应的模具密封工艺。高真空压力铸造得到
轴晶组织 , 因此如何控制镁合金的组织是镁合金半固
的零件不仅可以大大降低微孔和气孔等铸造缺陷 , 还
态成形的关键之一。
可以进行热处理和压铸焊接〔5〕。
常用的镁合金组织控制工艺主要有液态处理法和
沈阳工业大学的研究人员〔6〕研究了压铸镁合金
固态处理法两大类。液态处理法由于简单、易于实
轮毂缺陷的产生原因 , 通过对浇注系统和零件结构的
现 , 不外加额外设备等 , 在工业应用中具有广阔的空
改进及压铸工艺参数的调整 , 有效地仿真了缺陷的产
间。液态处理法包括添加晶粒细化剂法、过热处理
生 , 明显改善了压铸镁合金轮毂件的质量。
法、熔体搅拌法两大类。固态处理法包括等静角压
清华大学的研究人员〔7〕与一汽合作 , 系统地研
(ECEA) 法、大比率挤压法和铸造粉末法。但对以
究了各种压铸工艺参数对镁合金压铸件质量的影响规
上这些方法的机理还不是很清楚或是方法正处于试验
律 , 成功开发了一汽集团首件镁合金压铸件并投入实
阶段。对镁合金的组织控制机理缺乏了解 , 产生了一
际生产。目前 , 正进行镁合金真空压铸及超低速压铸
些混淆 , 导致工业中对镁合金的组织控制主要依靠经
的实验研究。
验的方法〔3〕。到目前为止 , 对镁合金组织控制的研
212 低压铸造
究 , 主要集中于外来质点对形核的促进作用、抑制晶
低压铸造由于其充型过程的平稳性和良好的排气
粒生长的作用和溶质对形核率的影响。在镁合金熔体
性能 , 被广泛应用于轮毂等对铸件缺陷较为敏感的零
中加入少量的孕育剂 (MgCO3、C2Cl6、FeCl3 等) 或
件制造。而传统低压铸造工艺所采用的压缩空气 , 由
溶质原子 (Zr、Ca、Sr、RE 等) , 能细化镁合金的铸
于气体纯度不够及氧的分压过高所造成的氧化和吸气
造组织并改变沉淀物的形貌 , 提高镁合金的力学性
等问题会造成铸件的氧化夹杂、微裂纹、缩孔和缩松
能 , 改善压力加工性能。但是 , 镁合金组织细化的研
等铸造缺陷 , 限制了低压铸造的推广。采用电磁泵充
究和应用远不如铝合金的深入 , 值得进一步研究。
型的低压铸造新工艺技术 , 以电磁泵充型技术为核
心 , 在加压充型和保压时 , 采用非接触式的电磁力直
2 镁合金成形技术研究开发
接作用于液态金属 , 实现了铝液的平稳输送和充型 ,
当前 , 镁合金的成型工艺仍然以 压 力 铸 造
并防止由于紊流所造成的二次污染 , 得到了较高的铸
(HPDC) 、低压铸造 (L PDC) 、挤压铸造和半固态铸
件质量。同时引入计算机控制系统 , 提高了工艺执行
Jan. 2005
·22 ·
FOUNDRY
Vol154 No11
的准确度 , 也使生产效率得到了提升〔8〕。此外 , 由
体保护原理的基础上 , 讨论了各种混合气体保护的缺
于电磁泵低压铸造工艺所采用的开环控制方式对控制
点 , 研究了不同配比、不同的温度和操作条件下
精度具有较高的要求 , 针对工艺参数的测定和电磁设
HFC2134a 气体对液态镁合金的保护效果 , 并且研究
备的开发也展开了一系列研究工作〔9
- 10〕
。
了相关工艺参数和防护工艺。研究结果认为 HFC2
213 半固态铸造
134a 气体相对于 SO2 和 SF6 具有更优良的保护特性 ,
半固态铸造工艺自诞生以来一直受到了广泛的关
可作为镁合金熔体气体保护的一种优先选择。
注 , 处于研究的前沿。由于该项技术对设备依赖性较
4 镁合金压铸过程数值模拟
大 , 目前研究重点主要集中在设备性能的提升和完善
上。新开发的第二代触变成形机 , 最高射出速度达到
在镁合金压铸生产过程中 , 液态或半固态的金属
5 m/ s , 其螺杆、套筒等关键部件采用新型合金 , 耐
在高速、高压下充型 , 并在高压下迅速凝固 , 容易产
高温及热传导性能有所提升 , 锁模机构的刚性和速度
生气孔等铸造缺陷。由于镁合金压铸充型速度比铝合
得到加强 , 降低了能耗 , 得到了更高的铸件质量和生
金更高 , 凝固速度更快 , 因此 , 镁合金压铸对模具的
产效率〔11〕。与此同时 , 针对触变成形法的研究也促
流道系统及热平衡设计提出了更高的要求。充分了解
使了一批新技术的投入使用 , 如热流道系统、长喷嘴
充填过程的流动和换热规律 , 设计合理的铸件、铸型
技术、触变成形锻压工艺等。
结构及浇注系统 , 选择恰当的压铸工艺参数 , 不仅可
214 挤压铸造
以降低铸件废品率 , 提高铸件质量和生产效率 , 而且
挤压铸造在镁铝合金材料领域 , 以其高铸件质
可以延长模具的使用寿命。数值模拟方法为解决上述
量、高力学性能和高致密度得到了密切的关注。挤压
问题提供了有效的手段。通过压铸充型过程流场、温
铸造可以使任何壁厚的零件进行固溶热处理 , 从而得
度场的数值模拟 , 能够较准确地表达压铸充型过程的
到高于常规压铸的力学性能。另一方面 , 挤压铸造可
流动和传热规律 , 实现理想的型腔充填状态及模具热
以利用在凝固过程中加压的方法 , 得到优于低压铸造
平衡状态 , 预测可能产生的卷气、冷隔等缺陷 , 进而
的铸件致密结构。同时 , 挤压铸造和半固态铸造的密
优化压铸工艺 , 对实际压铸生产具有重要的指导意
切联系也使这项技术处于研究的热点。目前挤压铸造
义。因而 , 计算机模拟仿真技术被广泛用于镁合金压
面临的主要问题是对技术和过程控制要求过高 , 要求
铸件的模具设计及工艺分析。
的投资比较高。目前的研究重点主要集中在挤压顶
清华大学的研究人员〔4〕长期从事压铸过程模拟
针、吸热棒的运用 , 挤压位置的选择 , 工艺参数的控
仿真技术的研究工作 , 并成功将模拟仿真技术用于镁
制等方面〔12〕。
合金压铸件的模具设计优化、热平衡分析及模具热应
挤压铸造既可以采用专用设备进行生产 , 也可以
力和变形的分析。同时 , 特别对压室中的液态金属流
在常规压铸机上进行。他解决了传统压铸机不能生产
动进行了模拟 , 系统地研究了低速压射速度及压室充
厚大件 , 压铸件普遍存在的缩孔缩松问题 , 可生产各
满度等参数对压室中的气体卷入 , 并在此基础上提出
种不同强度和流动性的合金 , 简化了压铸模具设计的
了低速压射的优化工艺。
思路 , 降低了简单零件的压铸模具成本 , 使得中小批
沈阳工业大学的研究人员〔15
- 16〕
采用 FLOW3D
量零件使用压铸工艺生产变成可能。以挤压铸造技术
对不同镁合金铸件的充型过程及凝固过程进行了模拟
为基础 , 对常规铸造、低压铸造和传统挤压铸造机进
分析 , 为镁合金压铸件模具设计及预测缺陷位置提供
行的改造为挤压铸造技术的推广做出了贡献〔13〕。
了理论指导 , 有效地提高了镁合金压铸件质量及降低
模具设计成本。
3 镁合金熔体保护
5 结束语
镁及镁合金的气体保护熔炼技术是目前生产高纯
度、高品质镁合金的技术关键。20 多年前 , 在熔炼
随着镁合金压铸件的广泛应用 , 提高其压铸性能
镁和镁合金时采用 SF6 做保护气体 , 是当时镁工业界
和抗高温蠕变性能已成为当前重要的研究课题。我国
最大的进步。因为它消除了以前使用 SO2 和熔剂熔
的稀土资源丰富 , 稀土镁合金的性能优良 , 开发具有
炼所产生的大多数问题。但到了 1990 年 , SF6 和类
中国特色的压铸稀土镁合金 , 提高其抗高温蠕变性
似物的高温室效应 (是 CO2 的 24 000 倍 , 并能在大
能 , 具有重要意义。
气中长期存在 3 200 年) 迫使镁工业用户必须寻找技
压铸是镁合金最主要的成形工艺 , 为了进一步提
术上可行 , 经济、环保的替代保护气体。寻找 SF6 的
高镁合金零件的的质量及扩大镁合金的应用领域 , 应
替代保护气体是目前镁工业界的一个重要课题。
积极开展一些新的成形工艺方法 (如真空压铸、超低
华北工学院的研究人员〔14〕在论述镁合金熔体气
速压铸、挤压铸造、半固态铸造等成形方法) 的基础
铸造
熊守美等: 镁合金成形技术研究进展
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研究工作。镁合金成形技术对工艺过程提出了更高的
四届中国国际压铸会议论文集 〔C〕. 北京: 机械工业出版社 ,
要求 , 采用数值模拟技术可以优化成形工艺 (模具设
2004. 35 - 39
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如何验证模具导热棒性能差
（1）：看模具隔热板的热稳定性
高温会让隔热材料内部的有机成分氧化退化。因此，高品质的隔热板材料需要经得起长时间反复的高温高压的考验，持续地抵抗系统内部的热应力和机械应力，一般来说，高品质的模具隔热板材料通常有3-5年的平均使用寿命。
（2）看模具隔热板的导热系数
这是模具隔热板材料最重要的一个技术参数，它代表了隔热材料的隔热效果。导热系数越低，则材料的隔热性能越好。
电热变模温高光模具可以有效消除传统注塑成型过程中制件的熔接线、浮纤、银纹等缺陷。电加热棒的性质对塑件的质量有着重要影响。然而直接将电加热棒插入模具孔中,由于间隙处的空气,大大降低了传热速度。
模具是干什么的
模具
模具基本知识
1、引言
日常生产、生活中所使用到的各种工具和产品，大到机床的底座、机身外壳，小到一个胚头螺丝、纽扣以及各种家用电器的外壳，无不与模具有着密切的关系。模具的形状决定着这些产品的外形，模具的加工质量与精度也就决定着这些产品的质量。因为各种产品的材质、外观、规格及用途的不同，模具分为了铸造模、锻造模、压铸模、冲压模等非塑胶模具，以及塑胶模具。
近年来，随着塑料工业的飞速发展和通用与工程塑料在强度和精度等方面的不断提高，塑料制品的应用范围也在不断扩大，如：家用电器、仪器仪表，建筑器材，汽车工业、日用五金等众多领域，塑料制品所占的比例正迅猛增加。一个设计合理的塑料件往往能代替多个传统金属件。工业产品和日用产品塑料化的趋势不断上升。
2、模具的一般定义
在工业生产中，用各种压力机和装在压力机上的专用工具，通过压力把金属或非金属材料制出所需形状的零件或制品，这种专用工具统称为模具。
3、注塑过程说明
模具是一种生产塑料制品的工具。它由几组零件部分构成，这个组合内有成型模腔。注塑时，模具装夹在注塑机上，熔融塑料被注入成型模腔内，并在腔内冷却定型，然后上下模分开，经由顶出系统将制品从模腔顶出离开模具，最后模具再闭合进行下一次注塑，整个注塑过程是循环进行的。
4、模具的一般分类
可分为塑胶模具及非塑胶模具：
（1）非塑胶模具有：铸造模、锻造模、冲压模、压铸模等。
A．铸造模——水龙头、生铁平台
B．锻造模——曲轴、连杆
C．冲压模——汽车车身覆盖件，计算机面板
D．压铸模——超合金，汽缸体
（2）塑胶模具根据生产工艺和生产产品的不同又分为：
A．注射成型模——电视机外壳、键盘按钮（应用最普遍）
B．吹气模——饮料瓶
C．压缩成型模——电木开关、科学瓷碗碟
D．转移成型模——集成电路制品
E．挤压成型模——胶水管、塑胶袋
F．热成型模——透明成型包装外壳
G．旋转成型模——软胶洋娃娃玩具
◆ 注射成型是塑料加工中最普遍采用的方法。该方法适用于全部热塑性塑料和部分热固性塑料，制得的塑料制品数量之大是其它成型方法望尘莫及的，作为注射成型加工的主要工具之一的注塑模具，在质量精度、制造周期以及注射成型过程中的生产效率等方面水平高低，直接影响产品的质量、产量、成本及产品的更新，同时也决定着企业在市场竞争中的反应能力和速度。
◆注塑模具是由若干块钢板配合各种零件组成的，基本分为：
A 成型装置（凹模，凸模）
B 定位装置（导柱，导套）
C 固定装置（工字板，码模坑）
D 冷却系统（运水孔）
E 恒温系统（加热管，发热线）
F 流道系统（唧咀孔，流道槽，流道孔）
G 顶出系统（顶针，顶棍）
5、根据浇注系统型制的不同可将模具分为三类：
（1） 大水口模具：流道及浇口在分模线上，与产品在开模时一起脱模，设计最简单，容易加工，成本较低，所以较多人采用大水口系统作业。
（2） 细水口模具：流道及浇口不在分模线上，一般直接在产品上，所以要设计多一组水口分模线，设计较为复杂，加工较困难，一般要视产品要求而选用细水口系统。
（3） 热流道模具：此类模具结构与细水口大体相同，其最大区别是流道处于一个或多个有恒温的热流道板及热唧嘴里，无冷料脱模，流道及浇口直接在产品上，所以流道不需要脱模，此系统又称为无水口系统，可节省原材料，适用于原材料较贵、制品要求较高的情况，设计及加工困难，模具成本较高。
所谓的2板模一般指大水口系统模具，3板模一般指细水口系统模具。3板模不可简单地认为比2板模多一块模板，根据产品形状和模具设计的需要，模具可有多于3板的结
热流道系统，又称热浇道系统，主要由热浇口套，热浇道板，温控电箱构成。常见的热流道系统有单点热浇口和多点热浇口二种形式。单点热浇口是用单一热浇口套直接把熔融塑料射入型腔，它适用单一腔单一浇口的塑料模具;多点热浇口是通过热浇道板把熔融料分枝到各分热浇口套中再进入到型腔，它适用于单腔多点入料或多腔模具.
◆热流道系统的优势
（1）无水口料，不需要后加工，使整个成型过程完全自动化，节省工作时间，提高工作效率。
（2）压力损耗小。热浇道温度与注塑机射嘴温度相等， 避免了原料在浇道内的表面冷凝现象，注射压力损耗小。
（3）水口料重复使用会使塑料性能降解，而使用热流道系统没有水口料，可减少原材料的损耗，从而降低产品成本。在型腔中温度及压力均匀，塑件应力小，密度均匀，在较小的注射压力下，较短的成型时间内，注塑出比一般的注塑系统更好的产品。对于透明件、薄件、大型塑件或高要求塑件更能显示其优势，而且能用较小机型生产出较大产品。
（4）热喷嘴采用标准化、系列化设计，配有各种可供选择的喷嘴头，互换性好。独特设计加工的电加热圈，可达到加热温度均匀，使用寿命长。热流道系统配备热流道板、温控器等，设计精巧，种类多样，使用方便，质量稳定可靠。
◆热流道系统应用的不足之处
（1）整体模具闭合高度加大，因加装热浇道板等，模具整体高度有所增加。
（2）热辐射难以控制，热浇道最大的毛病就是浇道的热量损耗，是一个需要解决的重大课题。
（3）存在热膨胀，热胀冷缩是我们设计时要考虑的问题。
（4）模具制造成本增加，热浇道系统标准配件价格较高，影响热浇道模具的普及。
◆提供热流道标准件的公司有: DME、HASCO、HUSKY、EOC、FULLY、MASTER-TIP、INCOE等公司。
补充：模具 成型中赋予塑料形状所用部件的组合体。
pc材料和abs材料有什么区别啊
区别：
1、作用不同
abs的突出点是表面可以电镀，真空镀膜，印刷，彩绘和喷漆，
pc是最好的抗冲击塑料品种，缺点是制品易开裂，疲劳强度低
2、材料不同
PC属于工程塑料，价高，但是具备透明高抗冲高耐温和尺寸精度高等优点，但是也有成型困难和内应力强的弱点。主要用在家电灯饰等行业。
ABS属于普通塑料，具有有容易成型和后加工特点。主要用于外壳产品。
3、优点不同
PC透明性好、它具有优良的综合性能，机械强度高、韧性好、耐热耐候性好、尺寸稳定性高、易着色、吸水率低。
ABS具有较高的机械强度和良好“坚、韧、钢”的综合性能。ABS易吸湿，收缩率低（0.60% ）,尺寸稳定，易于成型加工，应用广泛。
扩展资料：
ABC塑料性能具体详情：
1、物料性能
综合性能较好，冲击强度较高，化学稳定性，电性能良好；
与372有机玻璃的熔接性良好，制成双色塑件，且可表面镀铬，喷漆处理；
有高抗冲、高耐热、阻燃、增强、透明等级别；
流动性比HIPS差一点，比PMMA、PC等好，柔韧性好；
适于制作一般机械零件，减磨耐磨零件，传动零件和电讯零件。
2、成型性能
无定形材料，流动性中等，吸湿大，必须充分干燥，表面要求光泽的塑件须长时间预热干燥80-90度，3小时；
宜取高料温，高模温，但料温过高易分解(分解温度为270℃)。对精度较高的塑件，模温宜取50-60℃，对高光泽、耐热塑件，模温宜取60-80℃；
如需解决夹水纹，需提高材料的流动性，采取高料温、高模温，或者改变入水位等方法；
如成形耐热级或阻燃级材料，生产3-7天后模具表面会残存塑料分解物，导致模具表面发亮，需对模具及时进行清理，同时模具表面需增加排气位置。
参考资料：百度百科-ABS塑料
百度百科-聚碳酸酯
手机充电器外壳的结构分析~
摘要：分析了手机充电器外壳的工艺特点，介绍了手机充电器外壳上盖注射模结构及模具的工作过程。重点介绍了手机充电器外壳注射模结构的设计方法。分析和阐述了模具型芯零件的选材、热处理工艺，手机充电器外壳的塑件的结构要素，塑件的尺寸公差和精度的选择，塑件的体积和质量的计算方法。此手机充电器外壳注射模设计的结构特点是点浇口形式的三分型面的注射模，是侧向抽芯注射模。经过生产验证，该模具结构设计巧妙，操作方便，使用寿命长，塑件达到技术要求。
关键词：手机充电器外壳 注射模 滑块 型芯
1 塑件工艺分析
1.1 塑件的结构要素
塑件如图1、图2所示，其内腔存在很多孔和凸台，结构较复杂。该塑件为手机允电器外壳，要求有一定的强度、刚度、耐热和耐磨损等性能。同时作为手机充电器，必须满足绝缘性。结合以上要求以及经济因素，故该塑件采用ABS塑料。
(1)脱模斜度。
脱模斜度足为了便于塑件的脱模，以免在脱模过程中擦伤制品表面，其大小取决于塑料的收缩率。脱模斜度的取向要根据塑件的内外型尺寸而定。塑件内孔以型心小端为准，尺寸符合图纸要求，斜度沿形状扩大方向标出，塑件外形以型腔大端为准，尺寸符合图纸要求，斜度沿形状减小方向标出。要求开模后塑件留在型芯上，塑件表面的脱模斜度应小于外表面的脱模斜度。根据ABS的性能，型芯的脱模斜度取1º。
(2)加强筋。
为了使塑件有一定的强度和刚度，又能避免因壁过厚而产生成型缺陷，在塑件中部的凹坑与外壁之间增设两个加强筋，厚度2.5mm。
(3)塑件的圆角。
为了防止塑件转角外产生应力集小，需要在塑件的转角处或内部连接处采用圆角过渡，内外径均取R5mm。塑件形状工艺性非常复杂，没有一个规则的外表面，里面又有很多螺钉柱和加强筋，使得脱模力增大，塑件的下平面又有仅1mm的台阶，采用推板推出必然导致螺钉柱拉断，使得注塑工艺无法进行。所以，在螺钉柱和加强筋附近必须设有推杆，以便推出塑件。
(4)塑件的壁厚。
塑件壁厚对塑件的成型、冷却及变形会产生较大的影响。塑件壁厚不均，会导致各个部分固化收缩不均匀，易产生气孔、裂纹、内应力等缺陷。根据手机充电器外壳的材料，结构、强度等方面的要求，壁厚取2.5mm。
(5)孔。
制品上各种孔的位置应尽可能设置在不减弱制品的机械强度的部位，孔的形状也应力求不增加模具制造下艺的复杂性。
(6)支承面。
以制品的整个底面作为支承面是不合理的，因为制品稍许翘曲或变形就会使底面不平。通常采用凸起的边框或底脚(三点或四点)来作支承。当制品底部有加强筋时，筋的端部应低于支承面约O.5mm左右。
1.2 塑件尺寸公差与精度
该制品长140mm，宽80mm，最高60mm，贯83.6g，其粗糙度值为RaO.06mm。影响塑件公差的主要因素是：模具制造误差及磨损误差，尤其是成型零件的制造和装配误差以及使用中的磨损、塑料收缩的波动、注射工艺条件的变化、塑件制品的形状和飞边厚度的波动、脱校斜度及成型后制品的尺寸变化。手机充电器外壳上盖的塑件选用的尺寸精度等级为6级，公差为GB/T14486-93尺小公差数值。
2 模具设计要点
1.1 方案的确定
方案一：1模2腔，购塑件平行放置，方向相反以便侧向抽芯。浇口设在零件的上表面，使用定距拉杆加导柱和弹簧，矾保第一次分型面在定模座板和中间板之间分开，凝料先被拉断。第二次分型而在动模板和中间板之间分开，以便取出制品。这样分型有利于模具加工、注射、排气、脱模，同时使得操作简单方便。
方案二：1模2腔，两塑件平行放置，方向相反以便侧向抽芯。浇口设在零件的下表面，浇口道从推杆旁边进去，即做成潜伏浇口。但由于制品较高，流道太长，容易有浇注不足的现象发生。使用定距拉板分型自动脱落凝料和制品。但制品是壳体，下表面有台阶，而且多加两块推板使得本来就很长的流道加长，浇注不足的可能性就更大。
方案三：1模2腔，两塑件平行放置，方向相反以便侧向抽芯。仪用热流道，可以消除废料的产生，但流道过长加热较复杂，而且ABS塑料流动性较好易产生涎流现象，改用PP等其它符合热流道的塑料，不仅塑性能不能满足制件功能要求，而且增加生产成本。
结合塑件注射可行性和经济性，对比以上3个方案，本次设计选择方案一。
2.2 确定型腔分型面及型腔数目
模具上用以取出制品及浇注系统凝料的可分离的接触表而称为分型面，在制品设计时，必须要考虑成型时分型面的形状和位置，否则无法用模具成型。因侧向合模锁紧力较小，故对于投影画较大的大型制品，应将投影面积大的分型面放在动、定模的合模主平面上，而将投影面积较小的分型面作为侧向分型面。本模具的分型而选择在塑件的大平面处。采用1模2腔结构。
2.3 型腔、型芯的结构
(1)型腔的结构设计：本设计采用嵌入式型腔结构。该结构广泛应用于中小型塑件的模具中。加工方法可采用普通机加工、数控机床、电火花、电铸成型等方法。将一个整体型腔嵌入到型腔固定板中，嵌入的型腔材料可用低碳钢或低碳合金钢，渗碳淬火后抛光。
(2)型芯的结构设计：型芯是用来成型塑料制品的内表面的成型零件。本模具中型芯采用组合式型芯结构。采用该种结构可节省优质模具钢，便于机加工和热处理，也便于动模和定模位置精度，即有利于型芯冷却和排气的实施。
2.4 浇口的设计
浇口是浇注系统的关键部分，浇口的形状、数量、尺寸和位置对塑件的质量影响很大。其主要作用有两个：一是塑料熔体流经的通道；二是浇口的适时凝固可控制保压时间。在点浇口的限制性断面前加工出圆弧，有利于延缓浇口处熔体冻结，对向型腔中补料有利。根据制品的结构要求，本设计采用点浇口形式。
点浇口的参数：由推荐值取点浇口直径d=1.2mm，浇门长度L=1mm。
2.5 冷料穴的设计
当分流道设计得比较长时，其末端留有冷料穴。其作用是收集塑料熔体的前锋冷料，以防前锋冷料堵塞浇口或进入型腔，造成充模不足或影响制品的熔接强度或形成冷疤等缺陷。常用的冷料穴主要有带工形拉料杆的冷料穴、带推杆的倒锥形冷料穴，带推杆的圆形冷料穴、带拉料杆的球头形冷料穴、带椎杆的菌形冷料穴、主浇道延长式冷料穴。本次设计采用的是带工形拉料杆的冷料穴，其特点是容易加工，而且有利于脱模时除去浇道口废料，如图3所示。
3 模具结构及其工作过程
模具的分型面选择在塑件的大平面处，1模2件。为减少浇口疤痕，采用点浇口注射。模具的结构如图4所示。
1动模座板 2 8 12 21 24 26 31 36螺钉 3 14 18导柱 4 16导套 5垫块 6支撑板 7凸模板 9凹模板 10限位拉板 11限位圆柱销 13 28弹簧 15定模座板 17凸模型芯镶块 19推杆固定板 20推板 22 23推杆 25限位挡块 27弹簧垫圈 29滑块 30楔块 32斜导柱圆定板 33斜导柱 34定位圏 35浇口套 37拉料杆 38复位杆 39限位钉
由于模具的凸模部分存在很多孔和凸台，本设计凹模采用整体式凹模结构。凸模采用组合式凸模结构，比较紧凑。针对侧向抽芯距离比较短的情况，设计了二次分型滑动抽芯结构。注射成型后，先从I—I而进行一次分型，完成侧向抽芯动作，当限位圆柱销碰到限位拉板的端头时开始从Ⅱ-Ⅱ面二次分型，目的是拉断点浇口，塑件包紧在凸模型芯上，当运动到一定距离时，然后注射机推动推杆固定板，推杆发生作用，推出塑件脱落。同时拉料杆将凝料推出自动脱落。
模具的工作过程：注射成型后，开模时，在弹簧13和凝料拉料杆37的拉紧作用下，从I—I面一次分型，定模底板15与凹棋板9分开，凝料留在凹模板9一侧；凹模板9带动滑块29后移，在斜导柱33的作用下，滑块29在凸模板7上沿着导轨作横向移动从而完成侧向抽芯动作。当限位圆柱销11的端头碰到限位拉板的端头时凹模板9停止不动，一次分型结束，滑块29与凸模板7继续运动，开始从Ⅱ—Ⅱ而二次分型，首先拉断点浇口，在塑件包紧凸模的包紧力作用下，塑件随着凸模型芯17继续运动。当运动到一定距离时，注射机的顶杆推动推杆固定板19，带动推杆将塑件推出动模，同时拉料杆37将疑料推出。
模具合模时，动模运动到Ⅱ—Ⅱ分型面使型芯和型腔啮合。推杆22、23和复位杆38首先复位；继续运动，当滑块29在楔块30和斜导柱33的作用下，产生相对运动，压制滑块29沿导轨产生横向运动，迫使滑块复 位，当凹模板9、和定模座板15完全啮合时，结束合模。
开始下一个工作循环过程。
4 结束语
该套模具巧妙的设计了拉料杆37，保证了凝料在第一次分型时留在凹模板9一侧，顶杆推动推杆固定板19时凝料自动脱落，实现了从泣射到塑件被顶出的全自动化，提高了生产效率。滑块19上的导轨既起导向功能，出便于安装在凸模板上。由于塑件是壁厚较薄而均匀的塑件，而且，凸模部分有许多孔和凸台，有较大的包紧力，为保正塑件的推出，故设计了36根推杆水平衡推出力。经过生产实践证明，该副模具的开合模动作完全符合设计要求，适于大批量生产。
热锻模具钢的热处理
高热稳定性热锻模具钢5Cr2NiMoVSi的热处理
来源:数控机床网 时间:2008-6-3 16:01:46
国际模具网
摘要：5Cr2NiMoVSi钢是近年来我国研制出的高热稳定性热锻模具钢。虽然尚未纳入GB/T1299-2000《合金工具钢》国家标准，但已在实际生产中应用多年，效果亦很好。是值得试用推广的热锻模具新钢种。
关键词：5Cr2NiMoVSi钢；高热稳定性；高韧性；高寿命
5Cr2NiMoVSi钢是在5CrNiMo和4Cr5MoSiV(H11)钢的基础上研制的新钢种。强度高于5CrNiMo钢而稍低于4Cr5MoSiV(H11)钢；冲击韧度高于5CrNiMo钢和4Cr5MoSiv(H11)钢；淬透性接近5CrNiMo钢。加热时奥氏体晶粒长大倾向小，热处理温度范围较宽，有利于大尺寸模块长时间加热保温。特别是，钢的热稳定性高于5CrNiMo钢，接近于4Cr5MoSiv(H11)钢。因此特别适合于与锻件接触时间较长因而模具工作面温升较高的压力机锻模，和模锻锤锻模。
虽然5Cr2NiMoVSi钢未纳入GBT1299-2000《合金工具钢》国家标准，但已在实际生产中应用多年，效果亦好。是值得试用推广的热锻模具新钢种。
1 5Cr2NiMoVSi钢的成份与性能
1.1 5Cr2NiMoVSi钢的化学成分
1.2 5Cr2NiMoVSi钢的物理性能
热导率λ(室温)·W/(m·k)：33.5。
比热容Cp(室温)·J/(Kg·k)：501.6。
2 5Cr2NiMoVSi钢的热加工与锻造
热加工锻造是模具制造工艺过程中的重要工序，模具锻造质量的优劣，直接影响到模具热处理质量的优劣，关系到模具的使用寿命。锻造的目的不仅是为了将坯料锻造成所需要的形状，更重要的是可以改善和提高模具的性能，保证模具的使用寿命。
模具钢经合理锻造后，有如下效果：
A.使块状、网状、带状碳化物破碎，分布均匀。
B.改变模具中流线的方向，使流线合理分布。
C.改善模具中的气孔，疏松，提高钢的比重和致密度。
3 5Cr2NiMoVSi钢的热处理工艺
3.1 预先热处理
5Cr2NiMoVSi钢等温退火后的组织为粒状珠光体+极少量未溶碳化物(合金渗碳体.M23C6和少量M6C、Mc，总含量为6.79％)硬度为220-230HBW。
3.2 淬火工艺规范
5Cr2NiMoVSi钢的淬火温度范围较宽，可在960-1010℃范围内选择。在此温度范围内加热，钢的奥氏体晶粒度在9-10级之间，温度升到1060℃时，奥氏体晶粒开始急剧长大。
5Cr2NiMoVSi钢的淬火加热和冷却工艺，是影响模具变形和开裂，获得理想淬火组织和理想力学性能的关键。由于锤锻模具尺寸较大，在冷却过程中产生的热应力及组织应力也很大，因此，锤锻模淬火冷却前要进行适当的预冷。一般应预冷至钢的，AC3温度附近，既880℃左右。预冷的方式：一是模具随炉预冷，均温后出炉淬火冷却；二是出炉在空气中预冷，小模块(≤250mm)的预冷时间3-5min，大模块(≥300mm)约5-8min。然后放入30-80℃的油中冷却。为了冷却均匀，最好进行搅拌冷却。锻模一般冷至约150-200℃时就应从油槽中取出，并立即回火。这时既可根据经验确定：模具提出油面时冒青烟而不再着火；也可以使用红外测温仪确定。锻模在油中淬火冷却的时间请参照表4。
5Cr2NiMoVSi钢在960-1010℃温度范围内淬火后的组织为板条马氏体+孪晶马氏体及少量残余奥氏体。淬火后硬度为54-61HRC。
3.3 回火工艺规范
5Cr2NiMoVSi钢具有较好的回火抗力，经550℃回火后仍能保持高硬度(51-53HRC)。经600℃回火后，硬度为47-48HRC，650℃回火后下降为42-44HRC。而5CrNiMo钢经650℃回火后硬度不足30HRC。可见5Cr2NiMoVSi钢的热稳定性比5CrNiMo钢高出150℃左右。在450-550℃范围内回火时，从基体中析出M2C和VC等碳化物，具有较高的弥散度，产生二次硬化效应。
由于大、中、小型模具的硬度要求不同，截面尺寸(主要是高度H)也不同，因此推荐的回火温度范围也较宽(请参照表5)。
一般情况下，由于模具淬火应力很大，如果回火时加热速度过快，会产生新的应力，也常会使模具的变形或开裂的可能性增大，所以在回火加热时，应采用等温预热分段加热回火形式。预热温度不应高于350℃，高于350℃时，模具心部的残余奥氏体将向上贝氏体转变，不仅会降低模具的强度，而且会显著降低模具的冲击韧性。因此等温预热的温度一般取280℃左右，此温度下，残余奥氏体将向下贝氏体转变。由于下贝氏体具有高的强韧性和冲击韧性，因而获得下贝氏体组织是有利于提高模具的使用寿命。
由于5Cr2NiMoVSi钢含有0.80-1.20％的Mo，因此对第二类回火脆性并不敏感，所以回火后的冷却可采用空冷。虽然慢冷对钢的冲击韧性略有降低，但绝对值仍然满足技术条件要求。
在生产条件下，常常采用一次回火。但由于回火不足(特别是大、中型模块)，在生产中经常发生采用一次回火(加上回火时问短)后，模具极易产生开裂，有的甚至在未使用的情况下产生开裂。因此，在第一次回火后，应当再进行第二次回火，将模具的内应力降至最低。
第二次回火必须在第一次回火后模具冷却至室温，使残余奥氏体充分转变后才能进行。第二次回火温度应低于第一次回火温度约10℃左右。
4 5Cr2NiMoVSi钢热处理后的力学性能
5Cr2NiMoVSi钢经960-1010℃加热淬火，600-680℃加热回火后，可获得较高的综合力学性能。
4.1 5Cr2NiMoVSi钢985℃淬火后的力学性能。
4.2 5Cr2NiMoVSi钢的高温强度
5Cr2NiMoVSi钢在500℃以下试验时，高温强度与5CrNiMo钢相近，当试验温度高于600℃时，5Cr2NiMoVSi钢的高温强度比5CrNiMo钢高出一倍以上。这与5CrNiMo钢中的M3C碳化物在高温下易聚集长大有关。
4.3 5Cr2NiMoVSi钢高温冲击韧度
500-550℃是模具工作面的工作温度范围，在此温度下，5CrNiMo钢的冲击韧度处于谷值，而5Cr2NiMoVSi钢的冲击韧度仅有少许下降，比5CrNiMo钢高出一倍。
5 5Cr2NiMoVSi钢在汽车前轴锻模中的应用
东风EQ140型汽车前轴锻模的尺寸为1825×395×300mm，热处理后的硬度要求为37-41HRC。锻模在工作中所受的冲击力比较小，但与锻件接触的时间长。模具表面的工作温度较高。因此要求模具有高的高温强度、耐磨性、抗回火稳定性及耐热疲劳性。
原前轴模在采用5CrNiMo钢制造时，由于热稳定性及强度低，不能满足压力机模具对性能的要求，使用中常因热磨损和热裂严重而失效，使用寿命一般为5500-6000件。在改用5Cr2NiMoVSi钢制造后，使用寿命显著提高。
按上述热处理工艺生产的5Cr2NiMoVSi钢制前轴锻模的使用寿命达到了9000件左右，比5CrNiMo钢提高了50％左右，效果比较明显。
6 结语
(1)5Cr2NiMoVSi钢经960-1010℃加热淬火，600-680℃加热回火后，可获得较高的综合力学性能。
(2)5Cr2NiMoVSi钢具有较高的热稳定性，比5CrNiMo钢高150℃以上。
(3)5Cr2NiMoVSi钢锻模的使用寿命比5CrNiMo钢锻模提高50％以上。
(4)5Cr2NiMoVSi钢是值得试用推广的热锻模具新钢种。
(5)45Cr2NiMoVSi钢的化学成分除C和Si比5Cr2NiMoVSi钢略低外，其它化学成分基本一致，因此可参照上述工艺进行热处理。
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